5 Dimensionnement des ouvrages

5.1 Hypothèses de base

Le dimensionnement des installations est effectué en tenant compte des intensités pluviométriques minimales suivantes :

pour la France européenne, la valeur à considérer est 0,05 l/m²/s soit 3 l/m²/min ;
pour les DOM, la valeur à considérer est 0,075 l/m²/s soit 4,5 l/m²/min.

NOTE 1

L'intensité pluviométrique est affectée d'un coefficient de sécurité pour le cas des chéneaux intérieurs et encaissés selon les modalités du paragraphe 5.3

NOTE 2

Les documents particuliers du marché indiquent s'il y a lieu de tenir compte du vent dans le calcul du débit.

Les dimensionnements sont menés suivant les modalités suivantes :

dans le cas des gouttières et chéneaux extérieurs avec pente, le paragraphe 5.2.1 précise directement les sections selon la surface en plan des toitures desservies et donne, pour les types de gouttières courantes, les surfaces admissibles de récolte en France métropolitaine ;
dans le cas des gouttières et chéneaux extérieur sans pente, le paragraphe 5.2.2 précise les modalités d'application de la norme NF EN 12056-3 ;
dans le cas des chéneaux intérieurs ou encaissés, le paragraphe 5.3 précise les modalités d'application de la norme NF EN 12056-3 et en particulier le coefficient de sécurité applicable à l'intensité pluviométrique ;
dans le cas des descentes, naissances et moignons associés à des couvertures en pente, le paragraphe 5.4 précise les modalités de dimensionnement ;
dans le cas des entrées et descentes d'eaux pluviales pour toitures avec revêtement d'étanchéité, le paragraphe 5.5 précise les modalités de dimensionnement.

5.2 Gouttières et chéneaux extérieurs

Le débit admissible dans une gouttière ou un chéneau extérieur dépend :

de la pente ;
de la section ;
de la forme ;
de la longueur.

5.2.1 Gouttières et chéneaux avec pente

Les gouttières et les chéneaux posés avec une pente inférieure ou égale à 3 mm/m sont considérés comme étant des gouttières et des chéneaux sans pente et doivent donc être calculés comme tels (voir 5.2.2).

Pour les gouttières et les chéneaux de section semi-circulaire, le Tableau 1 donne un exemple de calcul de section avec une pente de 5 mm/m.

Tableau 1 Section de la gouttière ou du chéneau en cm²

Ce tableau a été établi d'après la formule de Bazin relative à l'écoulement de l'eau dans les canaux, en supposant un coefficient de frottement pris égal à 0,38 et en prenant un débit maximal de 3 l/m²/min.

Q représente le débit (m³/s) calculé selon la formule :

Q = r × A
- r est l'intensité pluviométrique ;
- A est la surface réceptrice (m²) de la toiture elle-même calculée selon la formule :
  
  A = L_R × B_R
- L_R est la longueur de la surface réceptrice en mètres ;
- B_R est la projection horizontale de la largeur du toit entre l'ouvrage de collecte et le faîte en mètres.
  
  NOTE 1
  A ne tient pas compte des effets du vent.
SM surface mouillée (m²). Elle est fonction du type de l'ouvrage de collecte.
RH rayon hydraulique (m)

NOTE 2
RH est le rapport entre la surface mouillée et le périmètre mouillé. Le périmètre mouillé est la partie du périmètre de la section mouillée qui est en contact avec les parois du conduit.
i pente (mm/m)
γ coefficient de frottement (m^1/2) pris égal à 0,38

Les valeurs de sections qui figurent dans le Tableau 1 sont également valables pour des pentes supérieures à 5 mm/m.

Pour les gouttières et chéneaux de section carrée ou rectangulaire, les sections doivent être augmentées de 10 % par rapport aux valeurs indiquées dans le Tableau 1.

Pour les gouttières et chéneaux de profil triangulaire, les sections doivent être augmentées de 20 % par rapport aux valeurs indiquées dans le Tableau 1.

Le Tableau 2 donne pour les gouttières courantes les surfaces en plan maximales des toitures desservies.

Tableau 2 Gouttières courantes et surface maximale des toitures desservies

Ce tableau s'applique pour un débit en France métropolitaine de 3 l/m²/min et une pente au moins égale à 5 mm/m (voir NF DTU 40.5).

5.2.2 Gouttières et chéneaux sans pente

5.2.2.1 Gouttières et chéneaux semi circulaires sans pente

Pour les gouttières et les chéneaux de forme semi-circulaire ou équivalente conçus sans pente et équipés d'exutoires garantissant un écoulement libre, le débit d'eaux pluviales doit être calculé au moyen de la formule suivante en tenant compte de la section et de la forme de la gouttière ou du chéneau :

Q_L = 0,9 Q_N

où :

Q_L est le débit d'eaux pluviales de la gouttière ou du chéneau sans pente, en litres par seconde (l/s) ;
Q_N est le débit admissible (en l/s) de la gouttière ou du chéneau calculé par la formule 2,78 × 10⁻⁵ × A_E^1,25 ;
avec A_E surface totale de la section transversale de la gouttière ou du chéneau, en millimètres carrés (mm²).

Cette formule s'applique aux gouttières et chéneaux dont la longueur est inférieure ou égale à 50 fois leur hauteur d'eau calculée au sens de la norme NF EN 12056-3. Au-delà, le débit d'eau pluviale Q_L est multiplié par un coefficient d'évacuation FL défini en Annexe A.

Dans tous les cas le coefficient de retardement C est pris égal à 1.

5.2.2.2 Autres gouttières et chéneaux sans pente

Pour les autres gouttières et chéneaux (carrés, rectangulaires et triangulaires), le débit d'eaux pluviales doit être calculé au moyen de la formule suivante qui tient compte de la section et de la forme de la gouttière ou du chéneau :

Q_L = 0,9 Q_N

où :

Q_L est le débit d'eaux pluviales de la gouttière ou du chéneau sans pente, en litres par seconde (l/s) ;
Q_N est le débit admissible (en l/s) de la gouttière ou du chéneau calculé par la formule 3,48 × 10⁻⁵ × A_E^1,25 ;
avec A_E : surface totale de la section transversale de la gouttière ou du chéneau, en millimètres carrés (mm²).

5.3 Chéneaux intérieurs ou encaissés

Le dimensionnement s'effectue selon la norme NF EN 12056-3 complété par les hypothèses suivantes :

Le débit d'eaux pluviales est calculé au moyen de la formule :

Q_L = 0,9 Q_N

où :
- Q_L est le débit d'eaux pluviales de la gouttière ou du chéneau sans pente, en litres par seconde (l/s) ;
- Q_N est le débit admissible (en l/s) de la gouttière ou du chéneau calculé par la formule :
- Q_N = 3,89 × 10⁻⁵ × A_W^1,25 ;
- avec A_W : surface utile totale de la section transversale de la gouttière ou du chéneau, en millimètres carrés (mm²).
le coefficient de retardement C est pris égal à 1 ;
le coefficient de sécurité à appliquer sur la pluviométrie définie au paragraphe 5.1 dépend du coefficient d'évacuation F_L donné par le Tableau A.1 ;

NOTE 1
Il s'agit du Tableau 6 de la NF EN 12056-3.
- lorsque le chéneau possède une pente comprise entre 0 et 3 mm/m, le Tableau A.2 donne, selon la surface réceptrice de la toiture A_R, le coefficient de sécurité à retenir en fonction du coefficient d'évacuation F_L ;
- lorsque le chéneau possède une pente > 4 mm/m, le coefficient de sécurité est pris égal à 1 quelle que soit la valeur de F_L.
les coefficients de profondeur F_d et de forme F_s mentionnés au paragraphe 5.2.3 de la NF EN 12056-3 sont pris tous deux égaux à 1.

Le tableau B.1donne, à titre d'exemple, pour la France métropolitaine, des sections de chéneau intérieur ou encaissé (en cm²) en fonction :

de la surface réceptrice A_R de la toiture en m² ;
du coefficient d'évacuation F_L.

NOTE 2
Les NF DTU de la série 40 peuvent imposer une pente minimum aux chéneaux et des largeurs minimales de fond de chéneau.

5.4 Descentes, naissances et moignons pour couverture

5.4.1 Descentes

En général, le débit du système d'évacuation des eaux pluviales dépend plus du débit de la naissance ou de l'avaloir que de celui de la descente.

Le Tableau 3 donne le débit admissible en fonction du diamètre de la descente pour un taux de remplissage de 0,20.

Tableau 3 Débit d'évacuation

Q_rwp s'entend au sens de la norme NF EN 12056-3 (débit d'évacuation d'une conduite d'eaux pluviales en l/s) avec un coefficient de retardement C pris égal à 1.

Le débit d'évacuation maximum d'une descente de section non circulaire (a × b) peut être considéré comme égal au débit maximum d'une descente circulaire de section équivalente de diamètre d = 2ab/(a+b).

Lorsqu'une descente est munie d'un contre-coude incliné de 10° au minimum (180 mm/m à l'horizontale), voir Figure 12, le désaxement est ignoré pour le calcul du débit. Dans l'autre cas le débit d'évacuation doit être calculé comme celui d'un collecteur horizontal et enterré ayant un taux de remplissage ne dépassant pas 70 %.

Figure 12 Type de contre coude

Lors du regroupement de descentes, le diamètre du tuyau commun doit être calculé en additionnant les débits de chaque descente et en utilisant le Tableau 3.

5.4.2 Naissances

Jusqu'à un diamètre de 160 mm, la forme de la naissance n'a pas d'importance. Le Tableau 4 donne les valeurs à prendre en compte.

Tableau 4 Surfaces pour des diamètres jusqu'à 160 mm

Au-delà d'un diamètre de 160 mm, le Tableau 5 donne les valeurs à prendre en compte en fonction de la forme de la naissance.

Tableau 5 Surfaces pour les diamètres supérieurs à 160 mm

5.4.3 Moignons pour chéneau

L'embase du moignon doit dépasser d'au moins 0,08 m de la sous-face des planchers et des toitures pour permettre l'intervention de l'installateur des descentes d'eaux pluviales et d'au moins 0,15 m dans le cas de travaux d'étanchéité.

Le diamètre effectif à prendre en compte pour le calcul dépend de la forme de l'exutoire.

Dans le cas d'un moignon tronconique (Figure 13) le diamètre effectif est égal à D₀avec les conditions suivantes :

D₀ ≥ 1,5 × d_i
L_t ≥ D₀

Figure 13 Moignon tronconique

Dans le cas d'un moignon à angles vifs (Figure 14), le diamètre effectif est égal à D₀ qui est égal à d_i.

Figure 14 Moignon à angles vifs

NOTE

La norme NF EN 1253-1 indique, pour les avaloirs fabriqués en usine, les débits minimaux que doivent pouvoir évacuer ces produits.

5.5 Entrées et descentes d'eaux pluviales pour toitures avec revêtement d'étanchéité (NF DTU série 43)

Les EEP sont constituées de 2 parties soudées entre elles :

la platine (raccordée à l'étanchéité) ;
le moignon (cylindrique ou tronconique) raccordé à une DEP ou à un collecteur.

Le Tableau 7 indique les diamètres des EEP et DEP en fonction :

de la surface collectée par EEP ;
de la forme et des dimensions de l'EEP (cylindrique ou tronconique) ;
de la nécessité ou non de retenir des diamètres majorés (selon NF DTU série 43).

Lorsque les EEP se raccordent directement aux DEP, les DEP sont de même diamètre que les EEP ; le moignon de l'EEP peut être légèrement inférieur pour permettre l'emboîtement dans la DEP.

Lorsque les EEP se raccordent à un collecteur, ce dernier est dimensionné selon les dispositions du 5.7.

Pour les EEP cylindriques (voir Figure 15), le diamètre intérieur du moignon est égal au diamètre intérieur de la DEP.

Pour les EEP tronconiques (voir Figure 16) :

le diamètre intérieur du moignon est égal au diamètre intérieur de la DEP ;
le diamètre supérieur du tronc de cône est égal à environ 2 fois le diamètre du moignon ;
la hauteur du tronc de cône est égale à environ 1,5 fois le diamètre du moignon.

La présence de crapaudines ou garde-grève sur les EEP n'apporte pas de limitation à la surface collectée par EEP ou DEP.

Le dimensionnement des EEP et DEP selon les tableaux ci-après conduit à une hauteur d'eau de 60 mm au droit de l'EEP.

Figure 15 EEP cylindrique

Figure 16 EEP tronconique

Dans le cas de toitures inaccessibles sur élément porteur en maçonnerie conforme au NF DTU 20.12, dont les DEP collectent une surface inférieure ou égale à 287 m², la valeur des sections minimales des DEP est donnée dans le Tableau 6.

Tableau 6 Surfaces pour des diamètres jusqu'à 160 mm

Tableau 7 Surfaces collectées par EEP et DEP

Pour les DEP de section carrée ou rectangulaire, les valeurs de surface collectée indiquées dans le Tableau 7 doivent être minorées de 10 %.

5.6 Trop-pleins

Les trop-pleins sont nécessaires dans le cas des chéneaux contre mur ou entre deux versants.

Dans ces cas, la section d'écoulement des orifices de trop-pleins, est au moins égale à celle de la descente concernée.

NOTE

Dans le cas des chéneaux étanchés, les prescriptions des NF DTU série 43 s'appliquent.

5.7 Collecteurs

Le Tableau 8 indique le débit et la vitesse d'écoulement dans les collecteurs calculés selon la formule de Prandtl-Colebrook en fonction du diamètre intérieur et de la pente. Ces valeurs sont calculées pour un coefficient de rugosité K_b de 1 mm un degré de remplissage de 70 % (h/d) et une viscosité de 1,31.10⁻⁶m²/s.

Le diamètre du collecteur est au minimum celui de la descente et sans réduction dans le sens de l'écoulement.

Tableau 8 Débit et la vitesse d'écoulement dans les collecteurs

Avec Q_max : débit d'eau admissible et v : vitesse de l'eau.